防振电容器如何改变电子控制器单元的可靠性

2020-05-27来源: EEWORLD关键字:电容器  电子控制器  电动汽车  ADAS

可持续性发展趋势推动了电动汽车(EV)和相关技术的指数性增长。混合动力汽车(HEV)也继续保持强劲增长,据摩根大通 JP Morgan Chase 报告估计,到 2025 年,所有汽车销量的 30%将是电动汽车或混合动力汽车(图 1)。

 

图 1: 摩根大通(JP Morgan)预测,到 2025 年,所有汽车销量的 30%将是电动汽车和混合动力汽车(来源: JP Morgan)

 

推动这一增长的不仅是电动汽车与内燃机的比例。诸如信息娱乐和高级驾驶员辅助系统(ADAS)之类的功能也在不断的增加。一辆普通的豪华轿车现在最多可以安装 150 个电子控制单元。所有这些因素,导致对电力电子和软件解决方案需求的不断增加。

 

直到最近,大多数电子控制器单元(ECU)仍位于发动机舱中,在这里它们不受发动机和传动系统的振动和温度循环的极端影响。但是技术的进步正在将电力电子器件置于更恶劣的环境中。

 

为什么电动汽车技术要求电子器件具有更高的性能


电动汽车行业技术进步日新月异。如:混合动力汽车受益于 48V 电机的发展。与此相比,直到最近一直主导市场的高压解决方案(最高 800V)。较低的电压可使车辆免除严格的高压安全要求。它提供了具有更高功率输出的小型电机,以及更好的机械和电气集成[footnoteRef:1]。 

 

48V 混合动力系统的一个特点是集成了电机和逆变器[footnoteRef:2]。这使得整个系统比以前的技术更加的紧凑。电机现在位于动力总成上,提高了性能,但这会使电子设备承受更高振动和温度循环的要求。

 

DC-Link 直流链路电容器,是受此变化影响的电力电子器件之一[footnoteRef:3]。它们位于逆变器和电池之间,其作用是消除因需求波动而引起的电压尖峰。重要的是,电容器应在包括振动和温度等在内的各种工作条件下,保持一致的性能。由于 DC-Link 直流环节电容器控制着整个电子控制器单元的电压,因此其性能会影响整个单元的性能。 

 

图 2: 包括 3 级功率的混合动力汽车 / 电动汽车系统框图(来源: KEMET)

 

为什么标准电容器无法满足要求


研究表明,标准的多层陶瓷电容器(MLCC)容易产生弯曲裂纹[footnoteRef:4]。当 PC 板由于振动或热循环而弯曲时,应力会通过焊点进入陶瓷体。由于该陶瓷体无柔韧性,从而会产生破裂并导致其性能立即下降。MLCC 越靠近板边缘或其他压力点(如推式连接器)安装,则越容易发生故障。

 

说明 DC-Link 直流链路电容器性能的主要参数之一是等效串联电阻(ESR)。低等效串联电阻使得电容器能够消除负载的高频干扰[footnoteRef:5]。

 

弯曲裂纹会导致内部电阻显著下降,从而破坏电容器的性能[footnoteRef:6]。在最坏的情况下,电容器会完全的短路。因此,某些电容器被设计为无法“断开”。

 

防振电容器的特点


解决电容器振动问题的方法有很多种。 

 

  • 一种解决方案专注于电容器和 PC 板之间的连接。通过改善端子和电容器本身的连接方式,可以形成消除电容器受振动影响的屏障。

 

  • 聚合物电容器是陶瓷电容器的替代选择。与 MLCC 相比,它们具有更低的等效串联电阻,并在各种工作条件下均具有更好的性能。

 

  • 混合电容器具有液态和导电聚合物作为阳极和铝阴极。液体的大表面积允许在较小的占位面积中提供更高的电容额定值。这在空间受限的汽车工业中则十分的重要。 

 

防震电容器可应对更大的加速度。与 10G 的标准器件相比,它们的规格可满足 30G 的范围要求。它们的额定振动频率为 5 到 2000 Hz,并且峰到峰的振幅为 5 mm[footnoteRef:7]。

 

一些领先防振解决方案


KEMET 提供柔性端接(FT-CAP)多层陶瓷电容器,作为高振动应用的解决方案。它具有灵活的端接系统,可减少应力从板到电容器的传递。导电银环氧层提供柔韧性,从而使潜在的弯曲裂纹远离陶瓷体。与 2mm 的标准陶瓷电容器相比,这些电容器具有 5mm 的耐挠曲值。

 

图 3: 表面贴装多层陶瓷贴片电容器(SMD MLCC)柔性端接系统(FT-CAP)、X7R 电介质、6.3 – 250 VDC(商业级)的构造( 来源: KEMET)

 

AVX 还为高振动应用提供了灵活的终端解决方案。其带有 Flexiterm 系列电容器的 MLCC,具有将挠曲性能从 2 mm 提高到 5 mm 的能力。它们还具有软端接选项,可在高温变化和循环运行的应用中提供更高的性能,例如汽车行业。带有 Flexiterm 的 MLCC 的温度循环可高达 3,000 次循环,且故障率为 0%,而标准电容器只有 1,000 次循环。

 

松下 Panasonic 拥有一系列导电聚合物混合铝催化电容器。它们的辅助侧端子使安装更加稳定并且不易弯曲。它提供了卓越的防振动性能,并最大程度地减少了制造商对加固防振的依赖。

 

结论


电动汽车和混合动力汽车技术的进步,产生了对高性能电子器件的需求。它们必须在瞬息万变的不利条件下提供一致的电气特性,尤其是在防振动和温度循环方面。同时,电子控制器单元制造商们承受着减少占位面积的压力,从而它们更适合集成机电系统所需的更紧凑的空间。

 

电子元器件制造商们,正在寻找新的方法来提高电容器在恶劣条件下的可靠性。他们的解决方案为电子控制器单元制造商们提供了满足汽车行业质量和空间要求的能力。 


关键字:电容器  电子控制器  电动汽车  ADAS 编辑:鲁迪 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qcdz/ic498426.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:Diodes公司推出业界首创符合汽车规格的ReDriver
下一篇:用于电动汽车电池管理系统中的高精度温湿度传感器

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

科学家研发高性能环保超级电容器 适用于电动汽车等产品
据外媒报道,俄罗斯斯科尔科沃科技学院(Skoltech)、芬兰阿尔托大学(Aalto University)与美国麻省理工学院(MIT)的研究人员合作,设计了一款高性能、环保、可伸缩的超级电容器,有望用于可穿戴电子产品。(图片来源:斯科尔科沃科技学院)超级电容器的功率密度高、充放电速率高、循环寿命长且具有成本效益,是一种前景很好的电源,适用于移动和可穿戴电子设备、电动汽车等产品。不过,让超级电容器结合高能量密度、安全性和生态友好性等特性,以让其适用于小型设备相当具有挑战性。该研究论文合著者兼阿尔托大学教授Tanja Kallio表示:“通常,超级电容器会使用有机溶剂来增加能量密度,但是此类溶剂很危险,不环保,与具有更高导电性的水系
发表于 2020-06-19
科学家研发高性能环保超级<font color='red'>电容器</font> 适用于电动汽车等产品
技术文章—电容器基础知识详解
电容器是与电阻、线圈并存的三大被动元器件之一。不仅在电气或电子电路中会使用电容器,而且如果没有电容器电路就不会正常工作。这在智能手机和IoT设备、服务器和网络、以及无线通信系统之类的尖端设备上也是一样的。此外,电容器的性能会对各种电子设备的性能产生影响,因而已成为非常重要的零部件。 电容器的基本结构 简而言之,电容器是能够储蓄电能,并可在必要的时候放电的零部件。可蓄积起来的电能(电荷)与电池相比较少,因而在放出电荷(放电)时只能在短时间内供给电流,但是可反复进行充电(电荷的蓄积)和放电。这里列出电容器的示意(模式)图。将绝缘体(电介质)平行地夹在金属板(电极)之间而构成的就是电容器。如果向该金属板(电极)间施加
发表于 2020-06-18
技术文章—<font color='red'>电容器</font>基础知识详解
萨里大学获超级电容器技术突破 改变电动汽车的能源使用方式
据外媒报道,英国萨里大学(the University of Surrey)的专家们推出了突破性的超级电容器技术,离清洁能源存储的梦想又近了一步。该技术能够以高功率存储和传输电力,特别适用于移动应用。(图片来源:萨里大学)萨里先进技术研究所(ATI)的研究人员们表示,该技术有可能彻底变革电动汽车使用能源的方式,并减少国家电网中可再生能源的损耗。该团队还认为,该技术有助于通过消除风能、海浪能和太阳能的间歇性特征,推动此类能源的发展。ATI的超级电容器技术基于聚苯胺(PANI)材料制成,该材料通过一种称为“伪电容”的机制存储能量。此种聚合物材料价格便宜,可导电,可用作超级电容器装置的电极。电极通过与“掺杂”了该材料的离子交换电子,捕捉
发表于 2020-06-10
萨里大学获超级<font color='red'>电容器</font>技术突破 改变电动汽车的能源使用方式
中美研究人员研发新型超级电容器 功率高/充电速度快
据外媒报道,美国宾夕法尼亚州立大学(Penn State)以及中国两家大学(闽江学院和贵州教育学院)的研究人员表示,基于氧化锰研发出一种新型超级电容器,能够将电池的存储容量与其他超级电容器的高功率和快速充电特点相结合。(图片来源:宾夕法尼亚州立大学)宾夕法尼亚州立大学材料研究所工程科学与力学助理教授Huanyu "Larry" Cheng表示:“氧化锰无疑是一种很有前景的材料,通过与钴锰氧化物结合,形成了一种异质结构,我们能够调整该结构中的界面性能。”该研究小组首先进行了模拟实验,以观察锰氧化物与其他材料结合后性能如何变化。将锰氧化物与半导体耦合时,能够形成一个导电界面,而且用于传输电子和离子的电阻很低。这一点
发表于 2020-06-08
中美研究人员研发新型超级<font color='red'>电容器</font> 功率高/充电速度快
超材料可增强电容器储能效率与电击穿强度 以降电动汽车成本
据外媒报道,当涉及到增加电存储效率和电击穿强度(即电气系统在更高电压和更高温度下运行的能力)时,传统上讲,其中一个的增加会导致另一个的降低。为此,美国宾夕法尼亚州立大学(Penn State)的研究人员在电气工程教授Qiming Zhang的带领下,研发了一种可扩展的方法,可以依靠工程材料同时改善这两种性能。(图片来源:宾夕法尼亚州立大学)研究人员改变了一种用于存储和调节能量、且通常用于电子和电力系统的设备——介电电容器。采用一种小型工程材料(也称为超材料),研究人员改变了介电电容器以增加其存储容量,同时也提高了电荷效率,意味着该电容器可以承受更高的电压,在148.88摄氏度(300华氏度)以上的工作条件下,几乎不会造成能量损失
发表于 2020-06-01
超材料可增强<font color='red'>电容器</font>储能效率与电击穿强度 以降电动汽车成本
防振电容器如何改变汽车电子控制器单元的可靠性
可持续性发展趋势推动了电动汽车(EV)和相关技术的指数性增长。混合动力汽车也继续保持强劲增长,据摩根大通 JP Morgan Chase 报告估计,到2025年,所有汽车销量的 30%将是电动汽车或混合动力汽车。推动这一增长的不仅是电动汽车与内燃机的比例。诸如信息娱乐和高级驾驶员辅助系统(ADAS)之类的功能也在不断的增加。一辆普通的豪华轿车现在最多可以安装 150 个电子控制单元。所有这些因素,导致对电力电子和软件解决方案需求的不断增加。直到最近,大多数电子控制器单元(ECU)仍位于发动机舱中,在这里它们不受发动机和传动系统的振动和温度循环的极端影响。但是技术的进步正在将电力电子器件置于更恶劣的环境中。电动汽车行业技术进步
发表于 2020-05-28
防振电容器如何改变汽车<font color='red'>电子控制器</font>单元的可靠性
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved